JP7123059B2 - ポンプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体を流動させるポンプ装置に関する。

ポンプ装置は、人工心肺装置において血液（流体）を流動させる血液循環機器として使用されている。例えば、特開２０１３－２１２２１８号公報記載のポンプ装置は、ハウジング内でインペラ（羽根車）を回転させ、この回転に伴う遠心力によりハウジング内に血液を引き込むと共に、ハウジングから血液を排出する。

特に、特開２０１３－２１２２１８号公報記載のポンプ装置は、インペラの回転中に、インペラが傾くことを抑制する動圧溝（ラジアル動圧軸受）を備える。この動圧溝は、流体の流動時の動圧力を利用して、ハウジングと相対的にインペラを非接触で回転させる。これにより、血栓や溶血の発生が低減される。

しかしながら、特開２０１３－２１２２１８号公報のように、インペラ又は固定軸に動圧溝を有する構成では、動圧溝の形成工程（切削加工等）に手間やコストがかかる。また、インペラの回転が遅い状態では、動圧軸受の機能が充分に発揮されず、インペラが固定軸に接触する可能性がある。

本発明は、上記の実情に鑑みてなされたものであり、インペラの回転中に、インペラがラジアル方向に変位して筐体に接触することを抑制し、インペラを安定的に回転させるポンプ装置を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明のポンプ装置は、第１反発磁石を環状に配置したハウジングと、前記ハウジング内に回転自在に収容され、内側に第２反発磁石を環状に配置したインペラと、前記ハウジングに内蔵され、駆動磁石を回転させるモータ機構と、前記インペラに配置され、前記駆動磁石の回転に連れて前記インペラを回転させる従動磁石と、を備え、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石は、前記インペラの回転軸に直交する径方向に沿って並び、且つ相互に対向する対向面の極性が同一であり、前記インペラにおいて前記第２反発磁石は、前記従動磁石と同じ高さに位置し、かつ前記従動磁石に対して径方向に間隔を開けて配置される、ことを特徴とする。

上記によれば、ポンプ装置は、第１反発磁石の対向面と第２反発磁石の対向面との間に反発力が働くことになる。これにより、第２反発磁石を有するインペラは、第１反発磁石（つまりハウジング）側に接触することが抑制されて安定的に回転することができ、流体を円滑に流動させることが可能となる。例えば、流体が血液である場合には、血栓や溶血の発生を大幅に抑止することができる。

また、前記第１反発磁石及び前記第２反発磁石の少なくとも一方は、外周部の全周にわたって第１極性が着磁され、且つ内周部の全周にわたって前記第１極性と反対の極性である第２極性が着磁されたリング体であるとよい。

ポンプ装置は、第１極性と第２極性が外周部と内周部のそれぞれに着磁されたリング体であることで、インペラの回転軸周りに沿ってより均等的に反発力を生じさせる。これにより、インペラの回転の安定性が一層増すことになる。

さらに、前記ハウジングは、駆動磁石を回転させるモータ機構を備え、前記インペラは、前記駆動磁石の回転に連れて該インペラを回転させる従動磁石を有するとよい。

これにより、ポンプ装置は、駆動磁石の回転力をインペラの従動磁石に非接触で伝達することができる。よって、流体の流動空間をモータ機構から独立させて、しかも第１反発磁石及び第２反発磁石によりラジアル方向のぶれを抑える構成とすることができる。

上記構成に加えて、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石の間の反発力が、前記駆動磁石と前記従動磁石によって構成される磁気カップリング機構の磁気カップリング力よりも大きいことが好ましい。

ポンプ装置は、インペラの回転時に、仮にある周方向位置で磁気カップリング力が大きく作用したとしても、第１反発磁石と第２反発磁石の反発力が大きいため、インペラとハウジングの非接触状態をより確実に継続することができる。

さらに、前記反発力は、前記インペラが前記ハウジングに対し所定以上近づいた際の前記磁気カップリング力と、前記ハウジング内に流入する流体による前記インペラに加わる流体力との合計よりも大きいとよい。

ポンプ装置は、インペラがハウジングに対し所定以上近づいた際に、磁気カップリング力と流体力の合計よりも大きな反発力を発揮することで、インペラとハウジングの非接触状態をより確実に継続することができる。

また、前記第１反発磁石と前記第２反発磁石とで構成される反発機構が、前記磁気カップリング機構よりも内側に設けられるとよい。

これにより、ポンプ装置は、インペラに対し内側から径方向外側に反発力を働かせて、インペラを安定的に回転させることができる。

さらに、前記反発機構を構成する前記第１反発磁石が配置された前記ハウジングと前記インペラとの間の第１隙間は、前記磁気カップリング機構を構成する前記駆動磁石が配置された前記ハウジングと前記インペラとの間の第２隙間よりも狭いことが好ましい。

ポンプ装置は、第１隙間が第２隙間よりも狭いことで、第１反発磁石から第２反発磁石に対して反発力を容易に伝達して、ラジアル方向の軸受を強固に形成することができる。

上記構成に加えて、前記ハウジングは、前記インペラの径方向内側に配置される中央部と、前記インペラの径方向外側に配置される周辺部と、を有し、前記中央部の内部に前記第１反発磁石が固定される一方で、前記周辺部の内部に前記駆動磁石が回転自在に配置されるとよい。

ポンプ装置は、ハウジングの中央部の内部に第１反発磁石が固定され、ハウジングの周辺部の内部に駆動磁石が回転自在に配置されることで、インペラの径方向内側寄りに反発機構を簡単に設けることができる。

またさらに、前記ハウジングは、前記インペラを有する第１ハウジングと、前記モータ機構を有する第２ハウジングとを含み、前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは着脱自在に構成されているとよい。

ポンプ装置は、第１ハウジングと第２ハウジングを着脱自在とすることで、使用後にインペラ及び第１ハウジングを廃棄する一方で、モータ機構及び第２ハウジングを再利用することができる。

そして、前記第１反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さは、前記第２反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さよりも長いことが好ましい。

ポンプ装置は、第１反発磁石の軸方向長さが第２反発磁石の軸方向長さよりも長いことで、インペラが回転軸方向に変位したとしても、第１反発磁石と第２反発磁石の対向状態を良好に継続することができる。つまり反発力を持続的に発揮させることができる。

前記ハウジングは、前記回転軸に沿った方向の前記インペラに対向する箇所に動圧軸受を有するとよい。

ポンプ装置は、動圧軸受を有することで、インペラがハウジングの軸方向に接触することも抑止して、インペラをより一層安定的に回転させることができる。

本発明によれば、ポンプ装置は、インペラの回転中に、インペラがラジアル方向に変位して筐体に接触することを抑制し、インペラを安定的に回転させることができる。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置の斜視図である。 図１のポンプ本体と駆動装置が分離した状態を示す側面断面図である。 ポンプ装置の要部を示す側面断面図である。 図３の従動磁石、可動側反発磁石、駆動磁石及び固定側反発磁石を示すＩＶ－ＩＶ線の断面図である。 第１変形例に係るポンプ装置の要部を示す側面断面図である。 第２変形例に係るポンプ装置の従動磁石、可動側反発磁石、駆動磁石及び固定側反発磁石を示す断面図である。

以下、本発明に係るポンプ装置について好適な実施形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本発明の一実施形態に係るポンプ装置１０は、患者の心肺機能を補助する（又は心肺を代替する）人工心肺装置１２において、患者の血液を体外に脱血させ、また体内に送血する動力源として用いられる。図１に示すように、ポンプ装置１０は、インペラ１４を装置内に有し、インペラ１４の回転に伴う遠心力によって流体を流動させる遠心ポンプに構成されている。

人工心肺装置１２は、脱血チューブ１８及び送血チューブ２０をポンプ装置１０に接続して、患者との間で血液を循環する循環回路を形成している。脱血チューブ１８は、脱血ルーメン１８ａを内部に有し、その先端開口が所望の生体器官（例えば、心臓の左心室）に留置されて、脱血ルーメン１８ａを通して患者の血液を吸引する。送血チューブ２０は、送血ルーメン２０ａを内部に有し、その先端開口が所望の生体器官（例えば、鎖骨下動脈）に留置されて、送血ルーメン２０ａを通してポンプ装置１０の血液を送血する。なお、人工心肺装置１２は、ポンプ装置１０の他にリザーバ、人工肺等（共に不図示）を循環回路（脱血チューブ１８や送血チューブ２０）の途中位置に接続した構成でもよい。これにより、人工心肺装置１２は、体外に脱血した血液の異物の除去や酸素化等を行い、この血液を患者の体内に戻すことができる。

そして、本実施形態に係るポンプ装置１０は、図２に示すように、上記のインペラ１４が収容されたポンプ本体２２と、インペラ１４を回転させる駆動装置２４と、駆動装置２４の駆動を制御する制御部２６と、を備える。また、ポンプ装置１０のハウジング３０は、ポンプ本体２２を構成する本体側ハウジング３２（第１ハウジング）と、駆動装置２４を構成する駆動側ハウジング６０（第２ハウジング）と、を有する。

ハウジング３０は、本体側ハウジング３２と駆動側ハウジング６０を着脱自在に構成し、使用時に相互に組み付けることで、駆動装置２４の駆動力をインペラ１４に伝達可能とする。そして使用後に、ポンプ本体２２は駆動装置２４から取り外されて廃棄される。つまり、ポンプ本体２２は、１回の使用毎に取り替えられて、使い捨て又は滅菌処理されるディスポーザブルタイプに構成される。その一方で、駆動装置２４は、リユースタイプに構成され、次の使用機会において、新たなポンプ本体２２が取り付けられてこのポンプ本体２２のインペラ１４を動作させる。

ポンプ本体２２の本体側ハウジング３２は、駆動装置２４に装着可能な外観に形成されている。この本体側ハウジング３２の内部には、インペラ１４が回転自在に収容されると共に、血液の流入及び排出がなされる内部空間３６が設けられている。

本体側ハウジング３２は、略円錐状の上側ハウジング部３３と、上側ハウジング部３３の下部に連なり駆動装置２４に装着される筒状の下側ハウジング部３４と、を有する。内部空間３６は、上側ハウジング部３３と下側ハウジング部３４の両方にわたって形成されている。上側ハウジング部３３と下側ハウジング部３４は、相互に分割可能に構成され、インペラ１４を取り出せるようになっている。

上側ハウジング部３３は、脱血チューブ１８に接続される血液流入ポート３８と、送血チューブ２０に接続される血液流出ポート４０とを有する。血液流入ポート３８は、上側ハウジング部３３の天井部且つ中心に設けられて上方向に突出し、その内部には、上側ハウジング部３３の内部空間３６（以下、上空間３６ａという）に連通する流入路３８ａが設けられている。血液流出ポート４０は、上空間３６ａの側部から接線方向に突出し、その内部には、上空間３６ａに連通する流出路４０ａが設けられている。

上空間３６ａは、上側ハウジング部３３の外形に応じた形状で、所定の容積を有するように形成される。上空間３６ａには、インペラ１４の上側のフィン部４６が配置される。上空間３６ａを覆う天井部には、インペラ１４の回転時にインペラ１４を非接触に回転させる天井側動圧軸受４１（スラスト方向の動圧軸受）が設けられている。例えば、天井側動圧軸受４１は、天井部を浅く切り欠いた所定形状の溝を適用することができる。

上空間３６ａを囲う壁部のうち底壁の中心部には、下側ハウジング部３４の中央上部が配置され、この中央上部は血液流入ポート３８の流入路３８ａを臨む円錐状の山形部３５ａとなっている。山形部３５ａは、側面断面視で、弓形に湾曲形成されており、フィン部４６の流通孔５０に血液を円滑に流動させる。

下側ハウジング部３４は、上側ハウジング部３３の下方向に突出し、上空間３６ａの中心と同軸の軸心を有する円筒状に形成されている。下側ハウジング部３４の中心には、インペラ１４を軸支する軸筒部３５が設けられている。この軸筒部３５は、上記の山形部３５ａと、山形部３５ａの周縁且つ下側に連なる内周部３５ｂとで構成され、その内側には、下端側が開口した挿入穴４２が設けられている。

また、下側ハウジング部３４の内部には、上空間３６ａに連通する下空間３６ｂ（内部空間３６の一部）が形成されている。下空間３６ｂは、下側ハウジング部３４の円筒状に応じて挿入穴４２の側方を周回し、インペラ１４の従動回転構造部４８を回転自在に収容する。

下空間３６ｂを構成する底部には、インペラ１４を非接触に回転させる底部側動圧軸受４３（スラスト方向の動圧軸受）が設けられている。底部側動圧軸受４３も、天井側動圧軸受４１と同様に、底部を浅く切り欠いた所定形状の溝を適用することができる。天井側動圧軸受４１及び底部側動圧軸受４３の溝形状は、相互に同じでもよく、異なっていてもよい。

図１～図３に示すように、インペラ１４は、貫通孔１５を内側に有する円筒状に形成されている。インペラ１４は、下側ハウジング部３４の軸筒部３５を貫通孔１５に挿入して本体側ハウジング３２に収容される。貫通孔１５は、収容状態で、インペラ１４の内周面と軸筒部３５の外周面の間に僅かな第１隙間３７ａを生じさせる。第１隙間３７ａの間隔は、ポンプ本体２２のサイズにもよるが、例えば０．１ｍｍ～１ｍｍ程度の範囲に設定される。

また、インペラ１４は、上空間３６ａと下空間３６ｂの両方にわたって収容される。インペラ１４の上部にはフィン部４６が設けられる一方で、インペラ１４の下部には従動回転構造部４８が設けられている。なお、図２中のインペラ１４は、別部材に形成されたフィン部４６と従動回転構造部４８を相互に固着した構成となっているが、これに限定されず、フィン部４６と従動回転構造部４８が一体成形されたものでもよい。

フィン部４６は、上空間３６ａに配置され、回転に伴い遠心力を血液に付与する。フィン部４６は、貫通孔１５とフィン部４６の径方向外側とを連通する流通孔５０を備えている。流通孔５０は、上側のシュラウド５０ａと、シュラウド５０ａに連なり下方に突出する複数の側壁部５０ｂと、従動回転構造部４８の上面４８ａとに囲われている。

シュラウド５０ａは、天井側動圧軸受４１により天井部に対し非接触に回転する流通孔５０の屋根であり、上側ハウジング部３３の天井部の形状に応じて、径方向外側に向かって下方向に傾斜している。また、上面４８ａも、シュラウド５０ａと略平行となるように斜めに傾斜している。

複数の側壁部５０ｂは、インペラ１４の回転状態（回転方向や回転速度等）に応じて、適宜の遠心力を生じる傾きや湾曲形状に設計される。なお、フィン部４６の形状は、上記に限定されず、例えば、シュラウド５０ａが設けられておらず羽状の壁（側壁部５０ｂ）が上面４８ａに複数突出形成された構成でもよい。

従動回転構造部４８は、インペラ１４の径方向に所定の厚みを有する円筒状に形成され、図２及び図３に示すように、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、駆動装置２４の回転力が伝達されて回転する。この従動回転構造部４８の内部（内側）には、従動磁石５４及び可動側反発磁石５６（第２反発磁石）が設置されている。また、従動回転構造部４８の下部には、従動磁石５４及び可動側反発磁石５６の収容後に、空洞を閉じる閉塞部５８が設けられている。

従動磁石５４は、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、駆動装置２４の駆動磁石６４と同一高さ位置に配置され、駆動磁石６４との間で磁気カップリング機構７６を形成する。図４に示すように、本実施形態に係る従動磁石５４は、インペラ１４の回転軸Ｏに対し一定の半径で周回する従動側多極着磁リング磁石５５に構成されている。従動側多極着磁リング磁石５５の回転軸Ｏに平行な軸方向長さ（従動磁石５４の厚み）は、駆動磁石６４の軸方向長さと略同一に設計されている。

従動側多極着磁リング磁石５５は、複数のＮ極及びＳ極が周方向に沿って交互に並ぶように着磁されている。図４中では、従動側多極着磁リング磁石５５の極性数は、６つ（すなわち３つの対極）に設定されているが、これに限定されるものではない。従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）を構成する材料としては、例えば、アルニコ、フェライト、ネオジム等の硬質磁性材料があげられる。

一方、可動側反発磁石５６は、図２及び図３に示すように、従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）と同じ高さ位置、且つ従動磁石５４の径方向内側に間隔を開けて配置される。この可動側反発磁石５６は、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、後記の固定側反発磁石６６と径方向（回転軸Ｏと直交する方向）に隣接し合うように配置され、相互に反発し合う反発機構７８を形成する。従動磁石５４と可動側反発磁石５６の間には仕切り壁５９が介在している。仕切り壁５９は、例えば、磁力を遮断する材料により構成されてもよい。

図４に示すように、本実施形態に係る可動側反発磁石５６は、回転軸Ｏから所定距離離れた位置を周回する可動側内外周単極着磁リング磁石５７に構成されている。可動側内外周単極着磁リング磁石５７は、外周部の全周にわたって第１極性（図４中ではＮ極）を有し、内周部の全周にわたって第１極性と反対の第２極性（図４中ではＳ極）を有するように着磁されたリング体である。すなわち、可動側反発磁石５６の内周面は、周方向に沿って第１極性が常に存在する可動側反発面５６ａとなっている。可動側反発磁石５６（可動側内外周単極着磁リング磁石５７）を構成する材料は、特に限定されず、従動磁石５４であげた材料を適用し得る。

また図２及び図３に示すように、閉塞部５８は、従動回転構造部４８の下端面を構成すると共に、従動磁石５４及び可動側反発磁石５６を保持する機能を有している。閉塞部５８は、底部側動圧軸受４３に対向して、インペラ１４の回転時に底部に対し非接触に回転する。

さらに、インペラ１４は、下側ハウジング部３４の外側を周回する外周部３４ａに対して所定の間隔の第２隙間３７ｂを有するように構成される。この第２隙間３７ｂは、第１隙間３７ａよりも大きい。これによりインペラ１４の回転をより円滑化することができる。

ポンプ装置１０の駆動装置２４は、駆動側ハウジング６０と、駆動側ハウジング６０内に収容されるモータ機構６２とを備える。さらに、駆動装置２４は、モータ機構６２に設けられてインペラ１４との間で引き合う駆動磁石６４と、駆動側ハウジング６０に設けられてインペラ１４との間で反発し合う固定側反発磁石６６（第１反発磁石）とを有する。

駆動側ハウジング６０は、ポンプ本体２２を装着する円筒状の装着溝６８を上面に有する上側筐体６１ａと、上側筐体６１ａの下側に連結される下側筐体６１ｂとで構成されている。また、駆動側ハウジング６０の装着溝６８よりも径方向内側部分は、下側ハウジング部３４の挿入穴４２に挿入される中央凸部６０ａ（中央部）となっている。駆動側ハウジング６０の装着溝６８よりも径方向外側部分は、中央凸部６０ａよりも若干低い環状の周辺凸部６０ｂ（周辺部）となっている。

そして、ポンプ本体２２の本体側ハウジング３２と、駆動装置２４の駆動側ハウジング６０とは、相互に着脱自在に位置決め固定可能な係合構造４４を有する。本実施形態において、係合構造４４は、下側ハウジング部３４を装着溝６８に挿入して、中央凸部６０ａと周辺凸部６０ｂとで嵌合する。なお、係合構造４４は、種々の構成を採用してよいことは勿論である。

下側筐体６１ｂの内部には、モータ機構６２のモータ本体７０が設けられ、モータ本体７０は、制御部２６の制御下に軸部７２を適宜の回転速度で回転させる。軸部７２は、下側筐体６１ｂ内から上側筐体６１ａ内に挿入されて、上側筐体６１ａ内において回転体７４が装着されている。ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態では、インペラ１４の回転軸Ｏと軸部７２の軸心（回転軸Ｏ）が相互に重なる。

回転体７４は、側面断面視で、軸部７２に装着される被装着部７４ａと、被装着部７４ａから径方向外側に延びる円盤部７４ｂと、円盤部７４ｂの周縁部から上方向（回転軸Ｏと平行方向）に突出する保持突部７４ｃとを有する。そして、保持突部７４ｃの突出端（上端）に、駆動磁石６４が装着されている。つまり、回転体７４は、駆動側ハウジング６０内で駆動磁石６４を所定の径方向位置及び高さ位置（周辺凸部６０ｂの内部）に配置して、軸部７２の回転に連れて駆動磁石６４を回転させる。

図４に示すように、本実施形態に係る駆動磁石６４は、軸部７２の回転軸Ｏに対し従動磁石５４よりも長い半径で周回する駆動側多極着磁リング磁石６５に構成されている。駆動側多極着磁リング磁石６５は、従動磁石５４と同様に、複数（６つ）の極性（Ｎ極、Ｓ極）が周方向に沿って交互に並ぶように着磁されている。駆動磁石６４を構成する材料も、従動磁石５４であげた材料を適宜選択し得る。

そして、駆動装置２４の固定側反発磁石６６は、中央凸部６０ａを構成する駆動側ハウジング６０の肉部分に埋め込まれる。図２及び図３に示すように、固定側反発磁石６６は、回転軸Ｏに最も近い位置に配置されている。図４に示すように、本実施形態に係る固定側反発磁石６６は、回転軸Ｏに対し一定の半径（回転軸Ｏから所定距離離れた位置）で周回する固定側内外周単極着磁リング磁石６７に構成されている。

固定側内外周単極着磁リング磁石６７は、外周部の全周にわたって第１極性（図４中ではＳ極）を有し、内周部の全周にわたって第１極性と反対の第２極性（図４中ではＮ極）を有するように着磁されたリング体である。すなわち、固定側反発磁石６６の外周面は、可動側反発磁石５６の極性と同じ極性が周方向に沿って常に存在する固定側反発面６６ａとなっている。この固定側反発磁石６６を構成する材料も特に限定されず、従動磁石５４であげた材料を適用し得る。

ここで、可動側反発磁石５６と固定側反発磁石６６とで構成される反発機構７８は、磁気カップリング機構７６よりも大きな力（磁力）で反発するように構成される。例えば、反発機構７８は、従動磁石５４と駆動磁石６４の間の距離よりも可動側反発磁石５６と固定側反発磁石６６の間の距離を短くすることで、強い反発力を得ることができる。なお、磁気カップリング力よりも反発力を大きくする構成は、特に限定されず、例えば、可動側反発磁石５６又は固定側反発磁石６６を大きく形成する、磁石の材料の構成比を変える等の種々の手段を採ってよい。

また、固定側内外周単極着磁リング磁石６７（固定側反発磁石６６）の軸方向長さは、可動側内外周単極着磁リング磁石５７（可動側反発磁石５６）の軸方向長さよりも長く設定されている。これにより、反発機構７８は、ポンプ本体２２と駆動装置２４の装着状態で、インペラ１４の回転に伴いインペラ１４が上下に変位しても、固定側内外周単極着磁リング磁石６７の軸方向中間位置に可動側内外周単極着磁リング磁石５７を位置させる。例えば、固定側内外周単極着磁リング磁石６７の軸方向長さは、可動側内外周単極着磁リング磁石５７の軸方向長さの２倍以上に設定されることが好ましい。

図２に戻り、ポンプ装置１０の制御部（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）２６は、図示しない入出力インタフェース、メモリ及びプロセッサを有する周知のコンピュータにより構成され、モータ機構６２の駆動を制御する。制御部２６の外面には、図示しないモニタ、スピーカ、操作ボタン等が設けられており、医師や看護士等のユーザは、操作ボタンを操作することで、ポンプ装置１０の駆動内容を設定する。制御部２６は、ユーザの設定情報に基づき、バッテリの電力の供給を制御して、例えば０～８００００ｒｐｍの範囲で軸部７２を回転させる。

次に、ポンプ装置１０の作用について説明する。

ポンプ装置１０を含む人工心肺装置１２は、心肺機能を補助する患者に対して構築される。人工心肺装置１２の構築時に、ユーザは、ポンプ本体２２に脱血チューブ１８及び送血チューブ２０を接続する。そして図２に示すように、駆動装置２４に対しポンプ本体２２を装着することで、ポンプ装置１０を組み立てる。この際、ユーザは、下側ハウジング部３４を装着溝６８に差し込み、係合構造４４によりポンプ本体２２と駆動装置２４を相互に位置決め固定する。

図３及び図４に示すように、装着状態では、従動磁石５４、可動側反発磁石５６、駆動磁石６４及び固定側反発磁石６６が同一の高さ位置に配置される。より詳細には、回転軸Ｏから径方向外側に向かって、固定側反発磁石６６、可動側反発磁石５６、従動磁石５４、駆動磁石６４の順で並ぶ。

そして、径方向に隣接する従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）と駆動磁石６４（駆動側多極着磁リング磁石６５）は、異なる極性同士を相互に対向させて磁気カップリング機構７６を形成する。すなわち、従動側多極着磁リング磁石５５と駆動側多極着磁リング磁石６５は、磁気カップリング力（磁気的結合力）を生じさせ、回転体７４の回転力をインペラ１４に伝達可能とする。

従って、駆動装置２４のモータ機構６２が、軸部７２を回転させると、インペラ１４も連れ回りする。またインペラ１４は、回転時に、スラスト方向の軸受（天井側動圧軸受４１、底部側動圧軸受４３）によって、本体側ハウジング３２の上下に対して非接触に回転することができる。そして、上空間３６ａ内で回転するフィン部４６は、遠心力を生じさせ、これにより流入路３８ａ、貫通孔１５、流通孔５０、流出路４０ａの順に、血液を流動させる。

一方、可動側反発磁石５６と固定側反発磁石６６とは、磁気カップリング機構７６の内側で径方向に隣接する。そして、同一の極性の可動側反発面５６ａと固定側反発面６６ａが、相互に対向し合うことで反発力が働く。特に、可動側反発磁石５６（可動側内外周単極着磁リング磁石５７）と固定側反発磁石６６（固定側内外周単極着磁リング磁石６７）は、周方向全体で均等的に反発力をかけることが可能なラジアル方向の軸受を形成する。

この反発機構７８の反発力は、磁気カップリング機構７６の磁気カップリング力よりも大きく設定されており、インペラ１４の内周面が本体側ハウジング３２に接触することを効果的に抑制する。またインペラ１４の回転時には、磁気カップリング機構７６やインペラ１４に加わる血液の流体力ｆ（流入圧力や流出圧力）に伴い、軸筒部３５に対してインペラ１４を傾ける力がかかる場合がある。これに対し、本実施形態に係る反発機構７８は、インペラ１４の内周面が本体側ハウジング３２に所定以上近づいた際に、磁気カップリング力と流体力ｆとの合計よりも大きな反発力となるように設計されている。このため、インペラ１４と本体側ハウジング３２の非接触状態をより確実に継続することができる。

このように、ポンプ装置１０は、天井側動圧軸受４１と底部側動圧軸受４３とでスラスト方向の軸受を構成し、且つラジアル方向の軸受（反発機構７８）を有することで、本体側ハウジング３２に対しインペラ１４を非接触で回転させる。従って、ポンプ装置１０は、インペラ１４を定常的に安定駆動させて遠心力を良好に得ることができ、人工心肺装置１２において血液を円滑に流動させることができる。

上述したように、本実施形態に係るポンプ装置１０は、以下の効果を奏する。

ポンプ装置１０は、可動側反発磁石５６及び固定側反発磁石６６により、固定側反発面６６ａと可動側反発面５６ａとの間に反発力を働かせる。これにより、可動側反発磁石５６を有するインペラ１４は、固定側反発磁石６６（つまり本体側ハウジング３２）側に接触することが抑制されて、安定的に回転することができる。特に、ポンプ装置１０は、インペラ１４の回転速度が遅い又はラジアル方向の力を受ける等の状況下でも非接触状態を良好に保つことが可能となり、血液に血栓や溶血が発生することを大幅に抑止することができる。

そして、ポンプ装置１０は、可動側反発磁石５６及び固定側反発磁石６６が可動側内外周単極着磁リング磁石５７、固定側内外周単極着磁リング磁石６７であることで、インペラ１４の回転軸Ｏ周りに均等的に反発力を生じさせる。これにより、インペラ１４の回転の安定性が一層増すことになる。また、ポンプ装置１０は、磁気カップリング機構７６により、駆動磁石６４の回転力をインペラ１４に非接触で伝達する構成であり、しかも反発機構７８によりラジアル方向のぶれを抑えることができるので、血液をよりスムーズに流動させる。

特に、ポンプ装置１０は、可動側反発磁石５６と固定側反発磁石６６の反発力が大きいことで、仮に、ある周方向位置で磁気カップリング力が大きく作用してもインペラ１４と本体側ハウジング３２の非接触状態をより確実に継続することができる。そして、ポンプ装置１０は、反発機構７８が磁気カップリング機構７６の内側に設けられることで、インペラ１４に対し内側から径方向外側に反発力を働かせることができる。しかも、第１隙間３７ａが第２隙間３７ｂよりも狭い構成であるため、固定側反発磁石６６から可動側反発磁石５６に対して反発力を容易に伝達して、より強いラジアル方向の軸受を形成することができる。

さらにまた、ポンプ装置１０は、固定側反発磁石６６の軸方向長さが可動側反発磁石５６の軸方向長さよりも長いことで、インペラ１４が回転軸方向に変位したとしても、可動側反発磁石５６と固定側反発磁石６６の対向状態を良好に継続することができる。しかも、ポンプ装置１０は、天井側動圧軸受４１と底部側動圧軸受４３を有することで、インペラ１４が本体側ハウジング３２の軸方向に接触することも抑止して、インペラ１４をより一層安定的に回転させることができる。

なお、本発明に係るポンプ装置１０は、上記の実施形態に限定されず、種々の応用例及び変形例を採り得る。例えば、上記のポンプ装置１０は、ポンプ本体２２と駆動装置２４が着脱自在に組立てられる構成となっているが、これに限定されず、ポンプ本体２２と駆動装置２４が一体化した、すなわち一連のハウジング３０を有する装置でもよい。

以下、本発明に係るポンプ装置１０の変形例について幾つか説明する。なお、以降の説明において、上述したポンプ装置１０と同一の構成又は同一の機能を有する構成には、同一の符号を付しその詳細な説明は省略する。

〔第１変形例〕
図５に示す第１変形例に係るポンプ装置１０Ａは、磁気カップリング機構７６Ａの外側に反発機構７８Ａを設けた点で、ポンプ装置１０と異なる。具体的には、ポンプ装置１０Ａのインペラ１４Ａは、径方向内側に従動磁石５４（従動側多極着磁リング磁石５５）を備え、径方向外側に可動側反発磁石５６（可動側内外周単極着磁リング磁石５７）を備える。また、インペラ１４Ａを収容するポンプ本体２２Ａの本体側ハウジング３２（下側ハウジング部３４）内に、固定側反発磁石６６（固定側内外周単極着磁リング磁石６７）が設けられている。

一方、駆動装置２４Ａは、下側ハウジング部３４を保持可能な係合構造４４を構成する周辺凸部６０ｂを有する一方で、中央凸部６０ａに代えて軸部７２を延出させている。そして、軸部７２の外周面には、駆動磁石６４（駆動側多極着磁リング磁石６５）が設けられている。

以上のポンプ装置１０Ａは、ポンプ本体２２Ａと駆動装置２４Ａの装着状態で、回転軸Ｏから径方向外側に向かって、駆動磁石６４、従動磁石５４、可動側反発磁石５６、固定側反発磁石６６が順に並ぶ。そして、従動磁石５４と駆動磁石６４が磁気カップリング機構７６Ａを形成する一方で、その外側において可動側反発磁石５６と固定側反発磁石６６が反発機構７８Ａを形成する。これにより、ポンプ装置１０Ａは、ポンプ装置１０と同様の効果を得ることができる。また上記のように、固定側反発磁石６６の設置位置は、特に限定されず、ポンプ本体２２、２２Ａ又は駆動装置２４、２４Ａのいずれでもよいと言える。

〔第２変形例〕
図６に示す第２変形例に係るポンプ装置１０Ｂは、従動磁石５４、可動側反発磁石５６、駆動磁石６４、固定側反発磁石６６の各々について、円弧状に構成された磁石を複数組み合わせて環状の磁石群に形成した点で、ポンプ装置１０、１０Ａと異なる。

例えば、図６中では、従動磁石５４及び駆動磁石６４の各々は、周方向に沿ってＮ極及びＳ極を有する３つの円弧状の磁石８０を並べて、環状の従動磁石群８２及び駆動磁石群８４を形成している。また可動側反発磁石５６及び固定側反発磁石６６の各々は、径方向に沿ってＮ極及びＳ極を着磁した４つの円弧状の磁石９０を並べて、環状の可動側反発磁石群９２及び固定側反発磁石群９４を形成している。なお図６中では、磁石８０同士及び磁石９０同士の間に隔壁８６を挟んだ構成としているが、隔壁８６は介在していなくてもよい。また、従動磁石５４、可動側反発磁石５６、駆動磁石６４、固定側反発磁石６６の数は、適宜設計してよい。

以上のように構成されたポンプ装置１０Ｂでも、従動磁石群８２及び駆動磁石群８４により磁気カップリング機構７６Ｂが良好に形成されて、モータ機構６２の回転によりインペラ１４を連れ回りさせることができる。また、ポンプ装置１０Ｂは、可動側反発磁石群９２及び固定側反発磁石群９４により反発機構７８Ｂが良好に形成されて、インペラ１４を安定的に回転させることができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、発明の要旨に沿って種々の改変が可能である。

Claims (10)

1. 第１反発磁石を環状に配置したハウジングと、
   前記ハウジング内に回転自在に収容され、内側に第２反発磁石を環状に配置したインペラと、
   前記ハウジングに内蔵され、駆動磁石を回転させるモータ機構と、
   前記インペラに配置され、前記駆動磁石の回転に連れて前記インペラを回転させる従動磁石と、
   を備え、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石は、前記インペラの回転軸に直交する径方向に沿って並び、且つ相互に対向する対向面の極性が同一であり、
   前記インペラにおいて前記第２反発磁石は、前記従動磁石と同じ高さに位置し、且つ前記従動磁石に対して径方向に間隔を開けて配置される、
   ことを特徴とするポンプ装置。
2. 請求項１記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石及び前記第２反発磁石の少なくとも一方は、外周部の全周にわたって第１極性が着磁され、且つ内周部の全周にわたって前記第１極性と反対の極性である第２極性が着磁されたリング体である
   ことを特徴とするポンプ装置。
3. 請求項２記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石の間の反発力が、前記駆動磁石と前記従動磁石によって構成される磁気カップリング機構の磁気カップリング力よりも大きい
   ことを特徴とするポンプ装置。
4. 請求項３記載のポンプ装置において、
   前記反発力は、前記インペラが前記ハウジングに対し所定以上近づいた際の前記磁気カップリング力と、前記ハウジング内に流入する流体による前記インペラに加わる流体力との合計よりも大きい
   ことを特徴とするポンプ装置。
5. 請求項２～４のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石と前記第２反発磁石とで構成される反発機構が、前記磁気カップリング機構よりも内側に設けられる
   ことを特徴とするポンプ装置。
6. 請求項５記載のポンプ装置において、
   前記反発機構を構成する前記第１反発磁石が配置された前記ハウジングと前記インペラとの間の第１隙間は、前記磁気カップリング機構を構成する前記駆動磁石が配置された前記ハウジングと前記インペラとの間の第２隙間よりも狭い
   ことを特徴とするポンプ装置。
7. 請求項６記載のポンプ装置において、
   前記ハウジングは、前記インペラの径方向内側に配置される中央部と、前記インペラの径方向外側に配置される周辺部と、を有し、
   前記中央部の内部に前記第１反発磁石が固定される一方で、前記周辺部の内部に前記駆動磁石が回転自在に配置される
   ことを特徴とするポンプ装置。
8. 請求項２～７のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記ハウジングは、前記インペラを有する第１ハウジングと、前記モータ機構を有する第２ハウジングとを含み、
   前記第１ハウジングと前記第２ハウジングは着脱自在に構成されている
   ことを特徴とするポンプ装置。
9. 請求項１～８のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
   前記第１反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さは、前記第２反発磁石の前記回転軸に平行な軸方向長さよりも長い
   ことを特徴とするポンプ装置。
10. 請求項１～９のいずれか１項に記載のポンプ装置において、
    前記ハウジングは、前記回転軸に沿った方向の前記インペラに対向する箇所に動圧軸受を有する
    ことを特徴とするポンプ装置。

Images